В последнее десятилетие светодиоды стали чем-то большим, чем просто электронные компоненты. Сохранив свои сигнальные и индикаторные функции, новые сверхяркие светодиоды начали заменять обычные лампы накаливания и неоновые лампы. И хотя лампочки Ильича еще крепко держатся в своих патронах, перспективы глобального рынка освещения на ближайшие десятилетия просматриваются как полная замена традиционного освещения на светодиодный свет (led light) в масштабах всей планеты. Конца и края этого процесса не видно, и единственным фактором, сдерживающим переход на светодиодные технологии в освещении, является цена вопроса. Производители светодиодов быстро поняли, что теперь основным ценообразующим фактором является отнюдь не функциональность светодиода, а испускаемый им световой поток. В связи с этим они задались вопросом: а как, собственно, повысить эффективность светодиодов и снизить их стоимость?

Увеличение эффективности выхода света может быть реализовано различными способами: усовершенствованием качества материалов, улучшением структуры чипа и технологии его формирования, текстурированием поверхности, улучшением свойств подложки и т.д.

Ключевой вклад в обеспечение длительного срока службы, надежности и эффективности вносит корпусировка ярких светодиодов. Теоретически, решив вопрос отвода тепла от активной зоны, можно заставить работать чип на более высоких токах, обеспечив тем самым более высокий квантовый выход. Грамотный проект линзы позволит снизить внутреннее поглощение и отражение, существенно повысив оптическую эффективность. А резервы для повышения здесь большие. Например, эффективность оптической системы 5мм светодиодов не превышает 30%.

Но жажда наживы, а также сложившийся уровень цен продиктовали иное поведение на рынке.

Многочисленная армия китайских производителей светодиодов быстро применила вышеупомянутый принцип разгона светодиодов по току, предлагая 0.04-0.03 доллара за люмен. Чтобы понять, насколько адекватна цена заявленным характеристикам, мы протестировали сотни образцов светодиодов белого свечения от различных азиатских производителей. Подавляющее большинство белых светодиодов подверглось необратимой деградации: световой поток уменьшился до 50% величины от первоначального значения уже в течение 1-2 месяцев (700-1500 часов); в ряде случаев также наблюдалась деградация фосфора и связанное с этим изменение цвета светодиодов.

Мы исследовали причины столь сильной деградации:
Величина прямого тока

Декларируя 50-100 тысяч часов работы для своих оптоэлектронных приборов при токе 20 мА, в подавляющем большинстве случаев азиатские производители устанавливают чипы, на самом деле предназначенные для подсветки экранов мобильных телефонов и рассчитанные на ток 3-5мА.

Видимо, такой подход очень не дорог и весьма практичен, что позволяет быстро одержать победу в недобросовестной конкуренции.
тепловыделение

Корпуса, используемые для светодиодов, были разработаны относительно давно, и, используя высокоавтоматизированные процессы сборки, обеспечивают минимальную конечную стоимость компонентов. Но такая упаковка не была рассчитана для установки ярких светодиодов. Размер посадочного места для кристалла не превышает 12mil, посадка кристалла возможна только по классической схеме, а конструкция корпуса не обеспечивает необходимый отвод тепла. Плотно укутанный в эпоксидную шубу светодиодный чип подвержен быстрой деградации квантового выхода. Применение теплопроводных упаковочных материалов, похоже, не котируется среди азиатских производителей, так как приводит к повышению стоимости конечных продуктов.
качество используемых чипов

Мы произвели опрос фабрик, предоставивших образцы светодиодов на предмет происхождения и типа используемых кристаллов. При всем разнообразии поставщиков светодиодных структур, подавляющее большинство производителей светодиодов использовало кристаллы, изготовленные по однотипной технологии и имеющие широко известную структуру — прототип фирмы Nichia с прозрачным p-контактом.

На сегодняшний день это наиболее дешевая технология, обеспечивающая высокую эффективность квантового выхода и уже нашедшая широкое применение в мобильных устройствах. Кристаллы данного типа плохо ведут себя в условиях горячего окружения, и их использование в дискретных компонентах, предназначенных для освещения, крайне нежелательно. Кроме того, по своим характеристикам они значительно уступают (если не сказать, что вообще имеют мало общего) кристаллам Nichia, по всей вероятности из-за несовершенства оборудования и несоблюдения технологического процесса их выращивания.

За последние годы десятки неизвестных азиатских производителей установили реакторы МОС-гидридной эпитаксии (MOCVD). В то время как выращивание полупроводниковых эпитаксиальных гетероструктур – процесс сродни искусству. Помимо установки соответствующего оборудования, требуется глубокое понимание процессов, происходящих в гетероструктурах и многолетний технологический опыт.
нарушение технологии при сборке светодиода

Нельзя однозначно выделить ту или иную причину, приводящую к ухудшению свойств, деградации и отказу светодиодов.

Подведем итог

Недобросовестная конкуренция среди китайских и других азиатских производителей привела к тому, что мы имеем: в ярких белых светодиодах (White HB LEDs) устанавливаются наиболее дешевые кристаллы из доступных на рынке, малоизвестных производителей, предназначенные для других применений, мелко нарезанные и подверженные деградации, как тепловой ввиду особенностей используемой технологии, так и электрической ввиду качества техпроцесса. Установлены такие кристаллы в корпуса, более чем скромные по своим тепловым, оптическим и другим свойствам. Причём изначально эти светодиоды признаются годными, поскольку стартовые яркость (световой поток / осевая сила света), падение напряжения на переходе, цветовые координаты и другие параметры соответствуют всем характеристикам, указанным в спецификации производителя.

Многие импортеры, не имеющие условий для полноценного тестирования, заключили контракты на дистрибуцию таких компонентов, руководствуясь исключительно низкой закупочной ценой.

В действительности же срок службы таких компонентов не превышает нескольких сотен часов, что подтвердилось в ходе произведенных испытаний.

Тем не менее, нашей компании, имеющей 10-летний опыт работы на рынке оптоэлектронных компонентов, удалось объединить дешевую китайскую сборку, высококачественные материалы корейского и японского производства и передовые мировые технологии. Это позволило уже сейчас решить ценовую проблему при сохранении качественных показателей на уровне изделий от мировых лидеров, таких как Osram Opto Semiconductors, Lumileds, Nichia и т.п. Мы не имеем задач дистрибуции широкого спектра оптоэлектронных компонентов какой-либо компании. Решения, реализуемые на базе светодиодов «КТЛ», основаны на небольшой линейке базовых, тщательно спроектированных сверхярких светодиодов и устройств на их основе, обеспечивающих максимально возможные световую отдачу и срок жизни при низкой стоимости.

Мы не измеряем именно деградацию кристаллов. Ибо имеют место:
Деградация кристалла. Ее измеряет производитель кристаллов и вырабатывает рекомендации для производителя светодиодов, дает зависимость величины прямого тока от температуры окружающей среды при различных тепловых сопротивлениях между p-n переходом и окружающей средой.
Деградация светодиода. Ее измеряет производитель светодиодов. Такая деградация связана не только со свойствами кристалла, но и с качеством фосфора и технологией корпусировки.
Деградация конечного светодиодного продукта. Зависит не только от качества светодиодов, но и от температурного режима их работы, конкретных окружающих условий.

Мы производим долгосрочные измерения в реальных условиях - изменение параметров светодиодов, установленных в светодиодные модули, линейки, лампы и т.п. при максимальном и двойном значении прямого тока, в импульсном режиме. Критериями отказа является: деградация выхода света, смещение электрических параметров, повреждение корпуса или контактов, выход размеров за пределы допусков, ухудшение паяемости.

Вы по-прежнему считаете, что светодиодный свет очень дорог? Обратитесь к нам, и мы поможем осветить ваш завтрашний проект уже сейчас!